mercoledì 23 febbraio 2011

LA FORMAZIONE DELLA TERRA E LA NASCITA DELLA VITA

Fino a 4,6 miliardi di anni fa dove oggi c'è il sistema solare doveva estendersi una grande nebulosa, cioè una grande e rarefatta nube di polveri e gas, costituita da H, He e altri elementi che oggi troviamo nei corpi del sistema solare. La nebulosa continuò a arricchirsi di elementi pesanti finchè una causa sconosciuta nè perturbò la struttura costringendo una vasta porzione di nube a collassare  su se stessa in un vortice gigantesco. La nebulosa assunse la forma di un disco appiattito e al centro si andò accrescendo il protosole. All'interno del disco, ripetute collisioni tra cumuli di ghiaccio e polveri portarono all'aggregazione di corpi via via maggiori, fino a dimensioni degli asteroidi, che collidendo con altri steroidi andavano aumentando di dimensioni formando corpi detti planetesimali. Così andava costituendosi anche la massa del futuro pianeta Terra.
               Il riscaldamento progressivo del protosole impedì l'accumulo di ghiaccio nei corpi più vicini, e Mercurio, Venere,Terra e Marte si accrebbero soprattutto per aggregazione di rocce e metalli, mentre i pianeti più esterni si formarono con un nucleo di ghiaccio e rocce e un enorme involucro gassoso (H, He, NH3, CH4).
               Con l'aumento della propria massa e del proprio campo gravitazionale, i singoli pianeti  ripulirono ognuno un ampio corridoio di spazio lungo la propria orbita. La maggior parte di polveri e gas finirono nel protosole, nel cui interno la continua  contrazione fece crescere la temperatura fino al punto di innescare le prime reazioni  termonucleari con le quali nacque una nuova stella. Al momento della sua accensione, la stella Sole, emise una enorme quantità di energia che spazzò il sistema solare di gas e polveri. Oramai i pianeti erano formati e la massa enorme di Giove richiamava nel sistema solare  corpi isolati che vagavano nel sistema solare anche di grandi dimensioni, fu in questo periodo che i pianeti furono bombardati intensamente, le tracce sono visibili su tutti i pianeti e satelliti sotto forma di crateri da impatto.
               In questo periodo iniziò l'evoluzione dei pianeti del s.s.. Merc.Ven.Mar: e Terra fusero quasi completamente a causa dei bombardamenti meteorici e anche per il calore liberato nel loro interno. Nella massa fluida gli elementi pesanti (Fe, Ni) sprofondarono formando i nuclei dei pianeti, mentre gli elementi leggeri (Si, K, Ca, Na, O) rimasero nella parte più esterna.
               Dopo la fusione i corpi cominciarono a solidificarsi, si liberarono grandi quantità di gas. Mercurio , piccolo e caldo non riuscì a trattenere gas, Marte si ricoprì di anidride carbonica e Venere e Terra, di maggiori dimensioni, riuscirono a trattenere molti gas fra cui anche l'azoto e vapore d'acqua.

               Tra i pianeti del sistema solare la Terra è quello nel quale si sono manifestate le condizioni più favorevoli per la comparsa della vita. A temperature troppo basse le reazioni chimiche vitali non avvengono, a temperature troppo alte i composti sono troppo instabili per originare vita o conservarla. I pianeti troppo lontani dal sole sono troppo freddi, i pianeti troppo piccoli non riescono a trattenere l'atmosfera, mentre quelli più grandi hanno atmosfere troppo spesse per permettere alle radiazioni solari di giungere in superficie. Marte, Terra e Venere sono i tre pianeti del sistema solare sui quali può esistere la vita.
               Nel 1923 Oparin avanza l'ipotesi che le molecole complesse che costituiscono i viventi, le molecole organiche, potevano avere avuto origine solo in un atmosfera povera di ossigeno. Oggi ancora si ipotizza che l'atmosfera primordiale della Terra era costituita da vapore acqueo, anidride carbonica, ammoniaca e metano.
               Sulla giovane Terra di cui abbiamo seguito la nascita, abbondava il calore, scariche elettriche squarciavano l'aria, il sole bombardava la Terra con raggi ultravioletti e radiazioni varie.
               Queste condizioni sono state ripetute in laboratorio da Miller  che ha scoperto che facendo scoccare una scintilla elettrica in una atmosfera primordiale e bombardandola con raggi ultravioletti, si formano aminoacidi (glicina e alanina). Nel 1970 un biochimico Ponnamperuma studiò un meteorite caduto in Australia e vi trovò tracce di cinque aminoacidi: glicina, alanina, acido glutammico, valina e prolina; tali amminoacidi non erano dovuti a contaminazione terrestre. Altri scienziati hanno successivamente elaborato l'ipotesi che la vita si sia formata negli spazi interstellari e che sia arrivata sulla Terra con un meteorite, ma tal ipotesi non è molto accreditata. Dal 1961 in poi furono effettuati molti esperimenti simili a quelli di Miller, e tutti hanno dato risultati sorprendenti. In laboratorio è stato possibile, partendo da sostanze semplici probabilmente presenti nell'atmosfera terrestre ai primordi, arrivare alla sintesi dell' adenosina,  (adenina+ribosio)  e di un dinucleotide.
               I composti organici formatisi nell'atmosfera venivano captati dalle piogge e confluivano negli oceani che si accrescevano man mano che la Terra si raffreddava. Gli oceani divennero così miscugli  di molecole organiche. Questi composti chimici cominciarono a formare degli aggregati con forma di goccioline, forma simile alle gocce di sapone o olio nell'acqua. Queste gocce si inglobavano le une con le altre, queste unioni portarono alla formazione di aggregati chiamati coacervati. I coacervati secondo Oparin erano microscopiche goccioline dense contornate da una sottile pellicola molecolare, attraverso la quale  potevano riprodursi scambi con l'ambiente liquido. Tali coacervati diventavano sempre più grandi, ed è lecito supporre che in un determinato momento si siano manifestate condizioni tali che un coacervato, invece di frazionarsi semplicemente, si sia diviso in due parti identiche, cioè si sia autoduplicato
                Un'altra teoria dice che queste primordiali particelle organiche si organizzavano in strutture più complesse quando venivano a trovarsi su superfici argillose che servivano da stampo permettendo la formazione di molecole di maggiori dimensioni. Le superfici inorganiche costituite da minerali disposti in successione periodiche e precise, avrebbero permesso agli aminoacidi di organizzarsi in strutture proteiche di grandi dimensioni.
               Oggi possiamo affermare che forme organizzate di vita esistevano già 2 o 2 miliardi e mezzo di anni fa. In una formazione denominata Gunflint dello scudo canadese sono stati identificati fossili di microrganismi di tipo procariotico paragonabile alle cianoficee. In terreni più antichi  di mezzo miliardo di anni nella formazione detta Soudan Iron (2,7 miliardi di anni) si sono rinvenuti fossili molecolari, cioè sostanze di origine biologica (prodotti di degradazione della clorofilla) che fanno pensare a quel tempo all'esistenza di organismi viventi. Si pensa addirittura che  formazioni di 3,2 miliardi di anni, il fig tee, potrebbe essere interpretate come resti fossili di primordiali entità batteriche.
               Le forme organiche che precedettero le prime cellule le chiameremo protobionti , ed è probabile  che ciò potette realizzarsi quando nei protobionti si inserì in qualche modo l'acido nucleico. Fu questo il passo decisivo che portò dai sistemi prebiologici a quelli viventi di tipo cellulare. Le prime forme viventi furono rappresentate da protobatteri eterotrofi che traevano nutrimento e l'energia scomponendo anaerobicamente sostanze organiche presenti nell'ambiente.
               L'atmosfera terrestre primitiva era costituita da vapore d'acqua, ammoniaca, acido cianidrico, metano e idrogeno libero. Sotto L'azione delle radiazioni solari l'acqua si dovette scomporre in H e O.  L' H andava perduto mentre l'ossigeno reagiva col metano e con l'ammoniaca formando azoto e biossido di carbonio
 (CH4     + 2  O2  CO2  + 2H2 O   ;   4NH3 + 3O2      2N2  + 6H2 O )
.              Fu in tale tipo i atmosfera che si manifestarono 2,7 miliardi di anni fa i primi fenomeni della fotosintesi dovuta a batteri fotoautotrofi (anaerobi). Seguirono, tra i 2,5 e i 2 miliardi di anni fa le prime cianofite e batteri fotosintetici (stromatoliti).
               Lo sviluppo di organismi fotosintetici portò all'impoverimento dell'anidride carbonica dell'atmosfera e all'arricchimento di ossigeno. Questi protobatteri e le cianofite costituiscono i progenitori dei batteri e delle alghe verde-azzurre attuali (regno monera). L'arricchimento di ossigeno dell'atmosfera porterà alla scomparsa di molti batteri anaerobi fotosintetici
               Verso 1 miliardo e mezzo di anni fa nelle cellule procariote intorno all'acido nucleico  si formò un involucro a guisa di membrana che formò un nucleo cellulare, è così che si organizzò la cellula eucariota. Questa cellula stabilì poi legami simbiotici con primordiali mitocondri liberi (derivati dai protobatteri) e con altri microrganismi liberi (eucarioti eterotrofi). Le cellule che vennero in possesso dei cloroplasti, oltre che dei mitocondri, dettero origine ai vegetali (eucarioti autotrofi, Acritarchi).
               Tra 1 miliardo di anni e 600 milioni di anni fa (precambriano sup.) la fauna terrestre era costituita da invertebrati a corpo molle: protozoi radiolari, cnidari, anellidi (Dickinsonia), forme progenitrici degli artropodi (Spriggina) e forse anche i molluschi; mentre i vegetali erano presenti come alghe calcaree.
               Nell' era Paleozoica (primaria) intorno ai 600 milioni di anni fa, nel Cambriano, compaiono animali con gusci duri che giungono fino a noi come fossili meglio conservati. I vari gruppi animali invertebrati erano: spugne, cnidari, briozoi, anellidi, artropodi, molluschi ed echinodermi. Caratteristici (fossili guida) del Cambriano sono le trilobiti (primitivi artropodi), che scomparvero poi nella stessa era paleozoica. Nel Cambriano fiorirono anche le alghe calcaree. I primi vertebrati comparvero nel Siluriano, con forme di pesci arcaici (placodermi). Nel Devoniano (400-350 milioni di anni fa) si svilupparono i pesci ossei, i primi anfibi e le pteridofite conquistavano gli ambienti terrestri con le briofite. Nel Carbonifero erano presenti ricche foreste di pteridofite (felci arboree). Si affermavano gli anfibi comparivano i primi rettili. Sul finire dell'era tra i vertebrati i rettili predominavano, mentre fra i vegetali primeggiavano le gimnosperme con conifere e le cicadacee.
               Nell'era successiva, l' era Mesozoica i rettili colonizzarono tutti gli ambienti della Terra, l'aria, l'acqua e la terraferma, mentre nel giurassico facevano la loro prima comparsa uccelli e mammiferi mentre si diffondono i dinosauri. Compaiono anche le angiosperme e numerosi insetti. Nel cretacico predominano le angiosperme, e alla fine del periodo scompaiono misteriosamente i grandi rettili.
         Nell' era Cenozoica sono i mammiferi a prendere il sopravvento, dopo il declino dei rettili. L' uomo attuale (Homo Sapiens sapiens) compare durante gli ultimi 100.000 anni, ma i suoi antenati ominidi risalgono a più di 3 milioni di anni fa.